一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术依据信号的SNR值排序，通过对矩阵进行排序QR检测，得到一个正交矩阵和一个上三角矩阵，利用列向量之间的对称性，将矩阵中的一对相邻列与另一对相邻列交换，减少了排序QR分解算法中的正交计算，再根据迭代公式对接收端输出的接收信号矩阵进行检测，以得到发射信号的估计值。在系统性能没有降低的前提下，本发明专利技术降低了现有算法的复杂度，本发明专利技术的计算复杂度几乎是传统方法的50％。

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法
本专利技术涉及到无线通信技术，特别是涉及一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法。
技术介绍
在2014年，IMT-2020推进组提出了5G白皮书。在第五代通信系统中，将提出更高的需求，5G相比与4G将会满足1000倍甚至更多的容量需求、10到100倍的用户设备连接，5到15倍频谱效率提升。面对5G海量连接场景，现有的4GOFDMA技术有一定的局限性。为了进一步提升系统容量和效率，基于非正交多址接入(Non-OrthogonalMultipleAccess，简称NOMA)的无线传输技术成为未来移动通信系统的热门技术。虽然NOMA技术提高了无线通信的容量和效率，但是它也意味着更复杂的配置，这对于数据检测来说是棘手的。随着用户和基站端天线数目的增加，依赖于最大似然(ML)准则或最大后验(MAP)准则的最优检测方法复杂度降成指数增长，限制了他们的实际应用。为了降低相关计算复杂度，许多线性检测方案被相机提出。其中，迫零算法和最小均方误差算法都是性能接近最优的选择，但是他们包含直接矩阵求逆运算，复杂度较高。为了避免线性检测器的主要复杂度的来源，即矩阵求逆运算，研究人员开始求助于近似方法或迭代方法。QR分解信号检测算法属于线性检测算法，利用接收信号组合中的串行干扰消除技术，它有效的避免了多次矩阵求伪逆的运算，从而减小了运算复杂度；排序的QR分解信号检测算法则在减小运算复杂度的同时改善了系统的性能。通过分析己有的基于串行干扰消除原则的排序QR分解检测算法，虽然它们能保障信号输出端检测到的信号尽可能的大，但是算法复杂度较高，需要进行多次正交运算。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，用于解决现有技术中存在的算法复杂度较高，需要进行多次正交运算的问题。为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，所述方法包括以下步骤：获取加性高斯白噪声信道的复信道系数矩阵、接收信号向量、发送信号向量、发送天线数和接收天线数，对所述复信道系数矩阵进行实数化处理，得到实数矩阵，所述实数矩阵的行数和列数分别是复信道系数矩阵的两倍；根据发送天线数、接收天线数对所述实数矩阵进行对称的排序QR分解，得到一个正交矩阵Q和一个上三角矩阵R；根据所述发送信号向量对所述接收信号向量进行实数化处理、检测，得到发射信号估计值。进一步的，所述复信道系数矩阵采用公式(1)进行实数化处理：式中：G为复信道系数矩阵；H为实数矩阵。进一步的，所述排序QR的分解方法包括如下步骤：令Q＝H，R＝0，排列向量p＝[1,(1+C),2,(2+C),...,C,2C]，其中C表示实数矩阵H的列数，C的大小与发送天线数相等；将矩阵Q中的矢量按照向量p重新排列，此时矩阵Q中相邻两列向量对称，即Q2i＝[-QM+1:2M,2i-1T,Q1:M,2i-1T]T，且Q2i-1与Q2i正交，其中M表示矩阵Q的列数，M的大小与接收天线数相等，(·)T表示矩阵转置，Q2i表示矩阵Q的第2i列，QM+1:2M,2i-1表示取矩阵Q第2i-1列中第M+1行到2M行的元素，Q1:M,2i-1表示取矩阵Q第2i-1列中第1行到M行的元素，Q2i-1表示矩阵Q的第2i-1列；计算Q中奇数列的二范数模值的平方，记为其中表示对矩阵Q的第2i-1列做转置；i表示第一迭代计数器，N表示迭代总次数，与发送天线数相等；计算矩阵Q和矩阵R中的元素。进一步的，计算矩阵Q和矩阵R中的元素过程包括：步骤2.41：设置迭代总次数N，令第二迭代计数器j＝0；步骤2.42：k＝argminl＝j,...,Nnorml，其中k表示二范数模值平方最小向量的坐标，l表示第三迭代计数器，norml表示向量norm的第l列；步骤2.43：交换R，Q，p，norm的2j-1与2k-1项，交换R，Q，p的2j与2k项；步骤2.44：按照式(2)计算；其中，R2j-1,2j-1表示矩阵R的第2j-1行第2j-1列的元素、normj表示向量norm的第j列、Q2j-1表示矩阵Q的第2j-1列、R2j,2j表示矩阵R的第2j行第2j列的元素、R2j-1,2j表示矩阵R的第2j-1行第2j列的元素、Q2j表示矩阵Q的第2j列、QM+1:2M,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第M+1行到2M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置；R2j,2j与R2j-1,2j计算过程如下：因为Q2j-1与Q2j正交，所以||Q2j-1||与||Q2j||相等，R2j-1,2j-1＝||Q2j-1||，将Q2j-1的标准化值映射到Q2j上得到R2j-1,2j，R2j-1,2j表示为：步骤2.45：设置迭代次数N-j，令第四迭代计数器n＝j+1；步骤2.46：按照式(3)计算其中R2j,2n,R2j,2n-1与Q2n计算过程如下：R2j-1,2n-1的计算过程同R2j,2n，Q2n＝Q2n-R2j-1,2nQ2j-1-R2j,2nQ2j，由以上结果得出：Q2n与Q2n-1对称，Q2n＝[-QM+1:2M,2n-1T,Q1:M,2n-1T]T；其中，R2j-1,2n-1表示矩阵R的第2j-1行第2n-1列的元素、表示对矩阵Q的第2j-1列做转置、Q2n-1表示矩阵Q的第2n-1列、R2j-1,2n表示矩阵R的第2j-1行第2n列的元素、Q2n表示矩阵Q的第2n列、R2j,2n-1表示矩阵R的第2j行第2n-1列的元素、R2j,2n表示矩阵R的第2j行第2n列的元素、normn表示向量norm的第n列、QM+1:2M,2n-1T表示对矩阵Q第2n-1列中第M+1行到2M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M,2n-1T表示对矩阵Q第2n-1列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M,2jT表示对矩阵Q第2j列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、QM+1:2M,2jT表示对矩阵Q第2j列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M,2nT表示对矩阵Q第2n列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置、QM+1:2M,2nT表示对矩阵Q第2n列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置；步骤2.47：令n＝n+1，并返回至步骤2.45，直至迭代达到预设次数N-j；步骤2.48：令j＝j+1，并返回至步骤2.41，直至迭代达到预设次数N为止，则得到正交矩阵Q和上三角矩阵R。进一步的，所述接收信号向量实数化处理过程包括：采用公式(5)表示接收信号向量：r＝Gs+v(5)其中r为接收信号向量，s为发送信号向量，v为加性高斯白噪声向量；对公式(5)等式两边的参数分别进行实数化，得到：y＝Hx+w(6)y表示实数化接受信号向量，x表示实数化发送信号向量，w表示实数化加性高斯白噪声向量，即：进一步的，所述接收信号向量检测过程包括如下步骤：步骤3.1：所述实数化接受信号向量表示为：y＝Hx+w＝QRx+w(8)在等式两边分别乘上QH，获得检测向量其中z＝QHw；步骤3.2：计算信号估计值。进一步的，所述信号估计值的计算包括如下步骤：步骤3.21：设置迭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取加性高斯白噪声信道的复信道系数矩阵、接收信号向量、发送信号向量、发送天线数和接收天线数，对所述复信道系数矩阵进行实数化处理，得到实数矩阵，所述实数矩阵的行数和列数分别是复信道系数矩阵的两倍；根据发送天线数、接收天线数对所述实数矩阵进行对称的排序QR分解，得到一个正交矩阵Q和一个上三角矩阵R；根据所述发送信号向量对所述接收信号向量进行实数化处理、检测，得到发射信号估计值。

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取加性高斯白噪声信道的复信道系数矩阵、接收信号向量、发送信号向量、发送天线数和接收天线数，对所述复信道系数矩阵进行实数化处理，得到实数矩阵，所述实数矩阵的行数和列数分别是复信道系数矩阵的两倍；根据发送天线数、接收天线数对所述实数矩阵进行对称的排序QR分解，得到一个正交矩阵Q和一个上三角矩阵R；根据所述发送信号向量对所述接收信号向量进行实数化处理、检测，得到发射信号估计值。2.根据权利要求1所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，所述复信道系数矩阵采用公式(1)进行实数化处理：式中：G为复信道系数矩阵；H为实数矩阵。3.根据权利要求2所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，所述排序QR的分解方法包括如下步骤：令Q＝H，R＝0，排列向量p＝[1,(1+C),2,(2+C),...,C,2C]，其中C表示实数矩阵H的列数，C的大小与发送天线数相等；将矩阵Q中的矢量按照向量p重新排列，此时矩阵Q中相邻两列向量对称，即Q2i＝[-QM+1:2M,2i-1T,Q1:M,2i-1T]T，且Q2i-1与Q2i正交，其中M表示矩阵Q的列数，M的大小与接收天线数相等，(·)T表示矩阵转置，Q2i表示矩阵Q的第2i列，QM+1:2M,2i-1表示取矩阵Q第2i-1列中第M+1行到2M行的元素，Q1:M,2i-1表示取矩阵Q第2i-1列中第1行到M行的元素，Q2i-1表示矩阵Q的第2i-1列；计算Q中奇数列的二范数模值的平方，记为其中表示对矩阵Q的第2i-1列做转置；i表示第一迭代计数器，N表示迭代总次数，与发送天线数相等；计算矩阵Q和矩阵R中的元素。4.根据权利要求3所述的一种低复杂度的非正交多址接入系统信号检测方法，其特征在于，计算矩阵Q和矩阵R中的元素过程包括：步骤2.41：设置迭代总次数N，令第二迭代计数器j＝0；步骤2.42：k＝argminl＝j,...,Nnorml，其中k表示二范数模值平方最小向量的坐标，l表示第三迭代计数器，norml表示向量norm的第l列；步骤2.43：交换R，Q，p，norm的2j-1与2k-1项，交换R，Q，p的2j与2k项；步骤2.44：按照式(2)计算；其中，R2j-1,2j-1表示矩阵R的第2j-1行第2j-1列的元素、normj表示向量norm的第j列、Q2j-1表示矩阵Q的第2j-1列、R2j,2j表示矩阵R的第2j行第2j列的元素、R2j-1,2j表示矩阵R的第2j-1行第2j列的元素、Q2j表示矩阵Q的第2j列、QM+1:2M,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第M+1行到2M行的元素所组成的向量做转置、Q1:M,2j-1T表示对矩阵Q第2j-1列中第1行到M行的元素所组成的向量做转置；R2j,2j与R2j-1,2j计算过程如下：因为Q2j-1与Q2j正交，所以||Q2j-1||与||Q2j||相等，R2j-1,2j-1＝||Q2j-1||，将Q2j-1的标准化值映射到Q2j上得到R2j-1,2j，R2j-1,2j表示为：步骤2.45：设置迭代次数N-j，令第四迭代计数器...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐加山，朱婧菁，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32